用于宽带和可定制光谱覆盖的堆叠体异质结太阳能电池制造技术

公开了具有体异质结(BHJ)的可见光透明的光伏器件。这样的器件对可见光是透明的，但吸收近红外光和/或紫外光。光伏器件可包括底部可见光透明电极和顶部可见光透明电极以及具有互补吸收特性的多个堆叠的BHJ活性层。例如，第一BHJ活性层可以具有与第二BHJ活性层的吸收光谱互补的吸收光谱。收光谱互补的吸收光谱。收光谱互补的吸收光谱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于宽带和可定制光谱覆盖的堆叠体异质结太阳能电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年8月16日提交的题为“用于宽带和可定制光谱覆盖的堆叠体异质结太阳能电池”的62/887,973号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术介绍

[0003]光伏器件通常用于通过使用光伏效应将光转换为电，其中吸收的光引起电子或其他电荷载流子激发到较高能量状态。相反类型的电荷载流子的分离导致可由外部电路利用的电压。可以将光伏器件(诸如光伏太阳能电池)封装在一起以构成诸如太阳能电池板的较大光伏系统的光伏阵列。使用光伏系统发电是继将成为全球的主流电源的一种重要形式的可再生能源。
[0004]利用太阳能所需的表面积仍然是抵消相当大一部分不可再生能源消耗的障碍。因此，需要能够集成到家庭、摩天大楼和汽车的窗玻璃上的低成本、透明的有机光伏(Organic Photovoltaic，OPV)器件。例如，在汽车和建筑中使用的窗玻璃通常分别为透射70
‑
80％和40
‑
80％的可见光谱，例如波长为约450nm至650nm的光。低机械灵活性、高模块成本以及更重要的是无机半导体的带状吸收限制了它们对透明太阳能电池的潜在效用。尽管取得了进展，但本领域中存在对透明太阳能
中的改进的系统、方法和器件结构的需求。

技术实现思路

[0005]可以集成到窗玻璃上的透明有机光伏(OPV)器件对于提供大的表面积以利用太阳能来说是期望的。与无机半导体相反，有机半导体和分子半导体的光学特性导致高度结构化的吸收光谱，具有与它们的无机对应物的带吸收独特不同的吸收最小值和吸收最大值。然而，尽管存在多种有机半导体和分子半导体，但许多在可见光谱中表现出强吸收，因此不是用于基于窗玻璃的光伏的最优选择。
[0006]本申请大体上涉及光学活性材料和器件领域，更具体地，涉及可见光透明的和可见光不透明的光伏器件和用于可见光透明的和可见光不透明的光伏器件的材料。
[0007]本文描述的是与可见光透明的和可见光不透明的光伏器件相关的材料、方法和系统。更具体地，本专利技术提供了具有设置在可见光透明的电极之间的一个或多个体异质结(Bulk Heterojunction，BHJ)活性层的可见光透明的和可见光不透明的光伏器件。
[0008]本专利技术的
技术实现思路
参照下面给出的各种示例来提供。如下面所使用的，对一系列示例的任何引用将被理解为对这些示例中的每一个示例的独立引用(例如，“示例1
‑
4”将被理解为“示例1、示例2、示例3或示例4”)。
[0009]示例1是一种有机光伏器件，包括：衬底；耦接到所述衬底的第一电极；设置在所述第一电极上方的第二电极；设置在所述第一电极与所述第二电极之间的第一体异质结(BHJ)活性层，其中所述第一BHJ活性层包括第一电子施主材料和第一电子受主材料的第一共混物；以及设置在第一电极与第二电极之间的第二BHJ活性层，其中第二BHJ活性层包括
第二电子施主材料和第二电子受主材料的第二共混物，并且其中第二BHJ活性层与第一BHJ活性层接触；其中所述第一BHJ活性层的吸收光谱至少部分地与所述第二BHJ活性层的吸收光谱互补。
[0010]示例2是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一电子施主材料与第二电子施主材料不同，并且其中第一电子受主材料与第二电子受主材料不同。
[0011]示例3是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一电子施主材料与第二电子施主材料不同，并且其中第一电子受主材料与第二电子受主材料相同。
[0012]示例4是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一电子施主材料与第二电子施主材料相同，并且其中第一电子受主材料与第二电子受主材料不同。
[0013]示例5是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一电子施主材料与第二电子施主材料相同，并且其中第一电子受主材料与第二电子受主材料相同。
[0014]示例6是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一BHJ活性层的最低未占分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)能级大于第二BHJ活性层的LUMO能级。
[0015]示例7是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第二BHJ活性层的最高已占分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)能级小于第一BHJ活性层的HOMO能级。
[0016]示例8是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一BHJ活性层的第一电子受主材料的最低未占分子轨道(LUMO)能级在第二BHJ活性层的第二电子受主材料的LUMO能级的300meV内。
[0017]示例9是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一BHJ活性层的第一电子施主材料的最高已占分子轨道(HOMO)能级在第二BHJ活性层的第二电子施主材料的HOMO能级的300meV内。
[0018]示例10是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一BHJ活性层耦接到第二BHJ活性层。
[0019]示例11是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一共混物是包括附加电子施主材料或附加电子受主材料中的至少一者的三元、四元或更高阶共混物。
[0020]示例12是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第二共混物是包括附加电子施主材料或附加电子受主材料中的至少一个的三元、四元或更高阶共混物。
[0021]示例13是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第一BHJ活性层耦接到第一电极。
[0022]示例14是一个或多个示例1的有机光伏器件，其中第二BHJ活性层耦接到第二电极。
[0023]示例15是一种有机光伏器件，包括：可见光透明衬底；耦接到所述可见光透明衬底的第一可见光透明电极；设置在所述第一可见光透明电极上方的第二可见光透明电极；设置在所述第一可见光透明电极与所述第二可见光透明电极之间的第一体异质结(BHJ)活性层，其中所述第一BHJ活性层包括第一电子施主材料和第一电子受主材料的第一共混物；以及设置在第一可见光透明电极与第二可见光透明电极之间的第二BHJ活性层，其中第二BHJ活性层包括第二电子施主材料和第二电子受主材料的第二共混物，并且其中第二BHJ活性层与第一BHJ活性层接触；其中所述第一BHJ活性层的吸收光谱与所述第二BHJ活性层的吸
收光谱至少部分地互补。
[0024]示例16是一种串列有机光伏器件，包括：衬底；耦接至基板的第一电极；设置在第一电极上方的第二电极；设置在第一电极与第二电极之间的第一子单元，第一子单元包括：第一本体异质结(BHJ)活性层，其包括第一电子施主材料和第一电子受主材料的第一共混物；和第二BHJ活性层，其包含第二电子施主材料和第二电子受主材料的第二共混物，其中第二BHJ活性层与第一BHJ活性层接触，并且其中第一BHJ活性层的吸收光谱与第二BHJ活性层的吸收光谱至少部分地互补；设置在第一电极与第二电极之间的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种有机光伏器件，包括：衬底；耦接到所述衬底的第一电极；设置在所述第一电极上方的第二电极；设置在所述第一电极与所述第二电极之间的第一体异质结(BHJ)活性层，其中所述第一BHJ活性层包括第一电子施主材料和第一电子受主材料的第一共混物；以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的第二BHJ活性层，其中所述第二BHJ活性层包括第二电子施主材料和第二电子受主材料的第二共混物，并且其中所述第二BHJ活性层与所述第一BHJ活性层接触；其中所述第一BHJ活性层的吸收光谱与所述第二BHJ活性层的吸收光谱至少部分地互补。2.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一电子施主材料与所述第二电子施主材料不同，并且其中所述第一电子受主材料与所述第二电子受主材料不同。3.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一电子施主材料与所述第二电子施主材料不同，并且其中所述第一电子受主材料与所述第二电子受主材料相同。4.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一电子施主材料与所述第二电子施主材料相同，并且其中所述第一电子受主材料与所述第二电子受主材料不同。5.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一电子施主材料与所述第二电子施主材料相同，并且其中所述第一电子受主材料与所述第二电子受主材料相同。6.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一BHJ活性层的最低未占分子轨道(LUMO)能级大于所述第二BHJ活性层的LUMO能级。7.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第二BHJ活性层的最高已占分子轨道(HOMO)能级小于所述第一BHJ活性层的HOMO能级。8.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一BHJ活性层的所述第一电子受主材料的最低未占分子轨道(LUMO)能级在所述第二BHJ活性层的所述第二电子受主材料的LUMO能级的300meV内。9.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一BHJ活性层的所述第一电子施主材料的最高已占分子轨道(HOMO)能级在所述第二BHJ活性层的所述第二电子施主材料的HOMO能级的300meV内。10.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一BHJ活性层耦接到所述第二BHJ活性层。11.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第一共混物是包括附加电子施主材料或附加电子受主材料中的至少一者的三元、四元或更高阶共混物。12.根据权利要求1所述的有机光伏器件，其中，所述第二共混物是包括附加电子施主材料或附加电子受主材料中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈尔斯，
申请(专利权)人：无处不在能量公司，
类型：发明
国别省市：